JP6911426B2 - Grinding simulation equipment and method - Google Patents
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Description
本発明は、研削加工シミュレーション装置及び方法に関するものである。 The present invention relates to a grinding process simulation apparatus and method.
研削加工は、例えば、高速に回転する砥石車と、回転する工作物とを接触させて行われる。このような研削加工おいては、砥石車と工作物の摩擦等により熱エネルギが発生する。そして、この熱エネルギによって工作物の温度は上昇する。この結果、工作物に研削焼けが生じ、研削加工後の工作物(製品)に研削焼けが残ってしまう虞がある。 The grinding process is performed, for example, by bringing a grindstone wheel that rotates at high speed into contact with a rotating workpiece. In such grinding, heat energy is generated due to friction between the grindstone and the workpiece. Then, the temperature of the workpiece rises due to this thermal energy. As a result, grinding burn may occur on the workpiece, and grinding burn may remain on the workpiece (product) after the grinding process.
そこで、特許文献1では、全研削熱エネルギ、分配割合、及び、工作物の深さに基づいて、工作物の各深さにおける温度を算出し、算出した工作物の各深さの温度に基づいて、研削焼け深さを算出する。これにより、研削焼けを残さない研削加工条件を決定できる。
Therefore, in
特許文献1では、現研削加工による研削焼け深さを算出しており、現研削加工より前に行われる前研削加工による研削焼け深さを考慮したものとなっていない。よって、研削加工における工作物の研削焼け深さをより正確に算出できる研削加工シミュレーションが望まれている。
In
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、研削加工における工作物の研削焼け深さを、より正確に算出できる研削加工シミュレーション装置及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a grinding processing simulation apparatus and method capable of more accurately calculating the grinding burn depth of a workpiece in grinding processing.
本手段に係る研削加工シミュレーション装置は、回転駆動される砥石車と回転駆動される工作物とを相対移動させて、前記工作物の周面に前記砥石車の周面を接触させ、前記工作物の周面を研削する研削加工において、前記工作物の研削状態をシミュレーションする研削加工シミュレーション装置であって、前記砥石車と前記工作物との相対移動方向における前記砥石車と前記工作物との相対位置、前記砥石車の形状、及び、前記工作物の形状に基づいて、前記砥石車による前記工作物の除去量を算出する除去量算出部と、算出した前記除去量に基づいて、前記研削加工における研削抵抗を算出する研削抵抗算出部と、算出した前記研削抵抗、及び、研削点における前記工作物に対する前記砥石車の相対速度に基づいて、研削熱エネルギを算出する熱エネルギ算出部と、を備える。 The grinding processing simulation device according to this means relatively moves the rotationally driven grind wheel and the rotationally driven workpiece to bring the peripheral surface of the grind wheel into contact with the peripheral surface of the workpiece, and the workpiece. It is a grinding process simulation device that simulates the grinding state of the workpiece in the grinding process for grinding the peripheral surface of the workpiece, and is a relative of the grind wheel and the workpiece in a relative movement direction between the grind wheel and the workpiece. The removal amount calculation unit that calculates the removal amount of the work piece by the grindstone based on the position, the shape of the grind wheel, and the shape of the work piece, and the grinding process based on the calculated removal amount. The grinding resistance calculation unit that calculates the grinding resistance in the above, the calculated grinding resistance, and the thermal energy calculation unit that calculates the grinding heat energy based on the relative speed of the grinding wheel with respect to the workpiece at the grinding point. Be prepared.
さらに、算出した前記研削熱エネルギ、前記工作物と前記砥石車との接触弧長、及び、前記工作物の加工深さに基づいて、前記工作物の加工深さにおける温度を算出し、算出した前記工作物の加工深さの温度に基づいて、前記工作物の研削焼け深さを算出する研削焼け深さ算出部と、ある加工点を現在研削している場合、前記工作物の1回転前における同一の前記加工点の研削(以下、前研削という)において算出した前記研削焼け深さ、及び、前記加工点の現在の研削(以下、現研削という)において算出した前記除去量に基づいて、前記現研削における研削焼け残り深さを算出し、算出した前記現研削における研削焼け残り深さ、及び、前記現研削において算出した前記研削焼け深さに基づいて、前記現研削における新研削焼け深さを算出する新研削焼け深さ算出部と、を備える。 Further, based on the calculated grinding heat energy, the contact arc length between the workpiece and the grindstone, and the machining depth of the workpiece, the temperature at the machining depth of the workpiece was calculated and calculated. A grinding burn depth calculation unit that calculates the grinding burn depth of the workpiece based on the temperature of the machining depth of the workpiece, and one rotation before the workpiece when a certain machining point is currently being ground. Based on the grinding burn depth calculated in the grinding of the same machining point (hereinafter referred to as pre-grinding ) and the removal amount calculated in the current grinding of the machining point (hereinafter referred to as current grinding). The new grinding burn depth in the current grinding is calculated based on the calculated grinding burn depth in the current grinding and the calculated grinding burn depth in the current grinding and the grinding burn depth calculated in the current grinding. It is equipped with a new grinding burn depth calculation unit that calculates the value.
この研削加工シミュレーション装置では、前研削において算出した研削焼け深さ、及び、現研削において算出した除去量に基づいて、現研削における研削焼け残り深さを算出する。そして、算出した現研削における研削焼け残り深さ、及び、現研削において算出した研削焼け深さに基づいて、現研削における新研削焼け深さを算出する。これにより、前研削における研削焼けが現研削で除去しきれずに残っている場合であっても、現研削における研削焼け残り深さを考慮して現研削における新たな研削焼け深さを算出するので、研削加工における工作物の研削焼け深さを、より正確に算出できる。 In this grinding processing simulation apparatus, the grinding burn depth in the current grinding is calculated based on the grinding burn depth calculated in the pre-grinding and the removal amount calculated in the current grinding. Then, the new grinding burn depth in the current grinding is calculated based on the calculated remaining grinding burn depth in the current grinding and the grinding burn depth calculated in the current grinding. As a result, even if the grinding burn in the pre-grinding cannot be completely removed by the current grinding and remains, the new grinding burn depth in the current grinding is calculated in consideration of the grinding burn-out depth in the current grinding. , The grinding burn depth of the workpiece in the grinding process can be calculated more accurately.
本手段に係る研削加工シミュレーション方法は、回転駆動される砥石車と回転駆動される工作物とを相対移動させて、前記工作物の周面に前記砥石車の周面を接触させ、前記工作物の周面を研削する研削加工において、前記工作物の研削状態をシミュレーションする研削加工シミュレーション方法であって、前記砥石車と前記工作物との相対移動方向における前記砥石車と前記工作物との相対位置、前記砥石車の形状、及び、前記工作物の形状に基づいて、前記砥石車による前記工作物の除去量を算出する除去量算出工程と、算出した前記除去量に基づいて、前記研削加工における研削抵抗を算出する研削抵抗算出工程と、を備える。 In the grinding processing simulation method according to this means, the rotationally driven grindstone and the rotationally driven workpiece are relatively moved to bring the peripheral surface of the grindstone into contact with the peripheral surface of the workpiece, and the workpiece is said to be in contact with the peripheral surface of the grindstone. This is a grinding process simulation method that simulates the grinding state of the workpiece in the grinding process that grinds the peripheral surface of the work piece, and is a method of simulating the grinding state of the work piece. The removal amount calculation step of calculating the removal amount of the work piece by the grindstone based on the position, the shape of the grindstone, and the shape of the work piece, and the grinding process based on the calculated removal amount. It is provided with a grinding resistance calculation step for calculating the grinding resistance in the above.
さらに、算出した前記研削抵抗、及び、研削点における前記工作物に対する前記砥石車の相対速度に基づいて、研削熱エネルギを算出する熱エネルギ算出工程と、算出した前記研削熱エネルギ、前記工作物と前記砥石車との接触弧長、及び、前記工作物の加工深さに基づいて、前記工作物の加工深さにおける温度を算出する温度算出工程と、算出した前記工作物の加工深さの温度に基づいて、ある加工点を現在研削している場合、前記工作物の1回転前における同一の前記加工点の研削(以下、前研削という)における前記工作物の研削焼け深さを算出し、算出した前研削における前記研削焼け深さ、及び、前記加工点の現在の研削(以下、現研削という)において算出した前記除去量に基づいて、前記現研削における研削焼け残り深さを算出し、算出した前記現研削における研削焼け残り深さ、及び、前記現研削において算出した前記研削焼け深さに基づいて、前記現研削における新研削焼け深さを算出する新研削焼け深さ算出工程と、を備える。これにより、上述の研削加工シミュレーション装置の効果と同様の効果が得られる。 Further, a thermal energy calculation step of calculating the grinding heat energy based on the calculated grinding resistance and the relative speed of the grindstone with respect to the workpiece at the grinding point, and the calculated grinding thermal energy and the workpiece. A temperature calculation step of calculating the temperature at the machining depth of the workpiece based on the contact arc length with the grindstone and the machining depth of the workpiece, and the calculated machining depth of the workpiece. When a certain machining point is currently ground based on the above, the grinding burn depth of the workpiece in the grinding of the same machining point (hereinafter referred to as pre-grinding ) one rotation before the workpiece is calculated. Based on the calculated grinding burn depth in the pre-grinding and the removal amount calculated in the current grinding (hereinafter referred to as the current grinding) at the machining point, the grinding burn depth in the current grinding is calculated. A new grinding burn depth calculation step for calculating the new grinding burn depth in the current grinding based on the calculated remaining grinding burn depth in the current grinding and the grinding burn depth calculated in the current grinding. To be equipped. As a result, the same effect as the effect of the above-mentioned grinding process simulation device can be obtained.
(1.研削加工シミュレーション装置及び研削装置の構成)
本実施形態の研削加工シミュレーション装置及び研削装置について、図面を参照して説明する。図1に示すように、研削加工シミュレーション装置1は、研削装置2とは別個の装置であり、図示点線で示すように、制御装置24と通信可能に接続されている。なお、研削加工シミュレーション装置1は、制御装置24に内蔵されていてもよい。また、研削加工シミュレーション装置1は、PLC(Programmable Logic Controller)やCNC(Computer Numerical Control)装置などの組み込みシステムとすることもでき、パーソナルコンピュータやサーバなどとすることもできる。
(1. Configuration of grinding processing simulation device and grinding device)
The grinding process simulation device and the grinding device of the present embodiment will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the grinding
研削装置2は、砥石車21と、砥石台22と、主軸台23と、制御装置24とを備える。なお、図示しないが、研削装置2には、研削点P周辺をクーラントにより冷却する冷却装置が備えられる。研削装置2は、主軸台23により回転駆動される工作物Wの周面に、砥石台22により回転駆動される砥石車21の周面を接触させて、工作物Wの周面を研削する研削加工を行う。
The
砥石車21は、大量の砥粒により円盤状に形成され、砥石台22に砥石軸線Cg回りに回転可能に支持される。砥石台22は、制御装置24からの指令により、砥石車21を砥石軸線Cg回りに回転させる。また、砥石台22は、制御装置24からの指令により砥石車21をその砥石軸線Cg方向及び送り方向(X軸線方向)に移動させる。なお、砥石台22に対し主軸台23を送り方向(X軸線方向)に移動させるようにしてもよい。
The
主軸台23は、円柱状の工作物Wを主軸線Cw回りに回転可能に支持し、制御装置24からの指令により工作物Wを主軸線Cw回りに回転させる。制御装置24は、砥石台22及び主軸台23に指令し、砥石車21と工作物Wとの相対位置や砥石車21及び工作物Wの各回転速度を制御する。なお、工作物Wがカム形状や偏心形状の場合には、制御装置24は、工作物Wの回転角制御も行う。
The
図2に示すように、研削加工シミュレーション装置1は、工作物形状記憶部101と、砥石形状記憶部102と、指令値記憶部103と、相対位置算出部104と、除去量算出部105と、工作物形状変更部106と、研削抵抗算出部107と、剛性記憶部108と、変位量算出部109と、相対位置補正部110と、加工条件記憶部111と、熱エネルギ算出部112と、分配割合算出部113と、研削焼け深さ算出部114と、新研削焼け深さ算出部115と、びびり判定部116と、表示制御部117と、表示装置118とを備える。
As shown in FIG. 2, the grinding
工作物形状記憶部101には、工作物Wの周面形状が記憶される。つまり、シミュレーション開始直前にあっては、研削加工されていない状態の工作物Wの周面形状が記憶される。例えば、工作物径から分かる円形状が記憶される。砥石形状記憶部102には、砥石車21の周面形状が記憶される。例えば、研削加工開始直前の砥石径から分かる円形状が記憶される。
The peripheral surface shape of the workpiece W is stored in the workpiece
指令値記憶部103には、研削加工における研削装置2に対する指令値が記憶される。指令値とは、図1に示すように、ある時間における工作物Wの主軸線Cw(回転中心(軸心))と砥石車21の砥石軸線Cg(回転中心(軸心))とのX軸線方向の離間距離を指令する値であるX軸値と、ある時間における工作物Wの回転角を指令する値であるC軸値(C=ωt)である。なお、ωは、工作物Wの角速度である。指令値は、加工条件記憶部111に記憶される工作物回転数、砥石車回転数、及び、砥石車21の送り量(送り速度)等の研削加工条件に基づいて算出される。
The command
相対位置算出部104は、指令値記憶部103に記憶される指令値に基づいて、工作物Wの回転中心Cwと砥石車21の回転中心CgとのX軸線方向の離間距離を算出する。つまり、X軸離間距離Xは、式(1)に示すように算出される。
The relative
式(1)において、第3項を除いた値は、時間tにおける指令値(X軸値)に相当する。そして、式(1)の第3項は、砥石車21又は工作物Wの偏心等による周期的な振動を考慮するために加えられている。後述するが、相対位置算出部104は、相対位置補正部110によって式(1)にさらに変位量Xnが加減算され、X軸離間距離を算出する。
In the formula (1), the value excluding the third term corresponds to the command value (X-axis value) at time t. The third term of the equation (1) is added in order to consider the periodic vibration due to the eccentricity of the
除去量算出部105は、工作物形状記憶部101に記憶される工作物Wの周面形状、砥石形状記憶部102に記憶される砥石車21の周面形状、及び、相対位置算出部104で算出されるX軸離間距離に基づいて、砥石車21による工作物Wの除去量を算出する。除去量は、図5に示すように、砥石車21と工作物Wとが干渉する部分(図5の斜線部分)の体積である。
The removal
除去量算出部105は、当該除去量を演算処理によって幾何学的に算出している。すなわち、図6に示すように、工作物形状記憶部101には、工作物Wの回転中心Cwを原点Oとした極座標上において、工作物Wを複数の線分群で形状認識している。つまり、工作物形状記憶部101には、工作物Wを等角(α)分割した周縁上の分割点(図示白色点)と工作物Wの回転中心Cw(原点O)とを結ぶ複数の線分群を、工作物Wの周面形状として記憶している。そして、分割点(図示白色点)を砥石車21による工作物Wの除去前の線分の端点として認識する。
The removal
そして、除去量算出部105は、X軸離間距離と砥石車21の周面形状から、工作物Wの線分と砥石車21の外縁線21Aとの交点(図示黒色点)を決定し、交点(図示黒色点)を砥石車21による工作物Wの除去後の線分の端点として認識する。そして、除去量算出部105は、除去前の端点のうち隣り合う端点a1、a2と原点Oとからなる三角形△Oa1a2の面積から、端点a1,a2をもつ線分の除去後の端点b1,b2と原点Oとからなる三角形△Ob1b2の面積を引く。
Then, the removal
そして、除去量算出部105は、当該面積の差分を各線分で積算し、その積算値に工作物Wの厚みを掛けて除去量を算出する。上記演算は、三角形の面積(辺×辺×sinα)を利用することで負荷を小さく高速に行うことができる。そして角度αを小さくすることでより正確に計算することができる。ただし、四角形a1a2b1b2を直接求めてもよい。
Then, the removal
工作物形状変更部106は、除去量算出部105で算出する除去量に基づいて、工作物形状記憶部101に記憶される工作物Wの周面形状を変更する。つまり、工作物形状記憶部101に記憶される工作物Wの周面形状を、除去後の形状に更新する。すなわち、工作物形状変更部106は、除去量算出部105で算出した除去量の部分が全て研削加工により削り取られたと仮定して、削り取られた後の工作物Wの周面形状を更新する。
The work
この工作物形状の更新は、次の除去量算出に反映される。つまり、図5の斜線部分には、研削加工開始直後(t1)の除去量が模式的に示されているが、次の瞬間t1+Δtにおける除去量は、除去後(斜線部分を除いた)の工作物形状に基づいて算出される。 This update of the geographic shape will be reflected in the next removal amount calculation. That is, the shaded portion in FIG. 5 schematically shows the removal amount immediately after the start of grinding (t1), but the removal amount at the next moment t1 + Δt is the work after removal (excluding the shaded portion). Calculated based on the shape of the object.
研削抵抗算出部107は、除去量算出部105で算出した除去量に基づいて、研削加工におけるX軸線方向の研削抵抗Fnを算出する。まず、研削抵抗算出部107は、除去量に基づいて単位時間当たりの除去量Jを算出する。そして、単位時間当たりの除去量Jと、工作物Wの材料及び砥石車21の周面の状態に基づいて決定されるX軸線方向の研削特性kcとを乗算して、X軸線方向の研削抵抗Fnを算出する(Fn=kc・J)。ここで、X軸線方向の研削特性kcは、実験や解析などにより予め記憶しておく。
The grinding
なお、単位時間当たりの除去量Jは、研削能率ともいわれる。研削特性kcは、単位時間当たりの除去量Jが大きくなるほどX軸線方向の研削抵抗Fnが大きくなるような、ほぼ線形の関係を有する。そして、この研削特性kcは、例えば、砥石車21が摩耗した場合には、両者の関係が変化する。具体的には、砥石車21が摩耗した場合には、単位時間当たりの除去量Jに対して、X軸線方向の研削抵抗Fnが大きくなるように変化する。
The removal amount J per unit time is also referred to as grinding efficiency. The grinding characteristics kc have a substantially linear relationship such that the grinding resistance Fn in the X-axis direction increases as the removal amount J per unit time increases. The relationship between the grinding characteristics kc changes when the
剛性記憶部108は、工作物剛性及び砥石車剛性を記憶している。工作物剛性は、研削装置2の主軸台23に支持された状態の工作物Wに対して、X軸線方向の力を与えた場合における工作物WのX軸線方向の変位量に応じたものである。例えば、工作物剛性は、当該工作物WのX軸線方向の変位量の逆数である。この工作物剛性は、実測によって予め算出される。例えば、工作物Wを主軸台23に取り付け、工作物WのX軸線方向の一方側に測定器(加速度計)を配置し、X軸線方向の他方側から工作物Wをハンマリングすることにより工作物剛性を求めることができる。
The
そして、実測を基に、工作物剛性を伝達関数f1として表現することができる。つまり、剛性記憶部108は、工作物剛性を伝達関数f1として記憶する。なお、研削装置2にレスト(ワークレスト)が備わっている場合、上記実測は、工作物Wがさらにレストにより支持された状態で行うとよい。工作物Wがレストにより支持されている場合には、工作物Wに対してX軸線方向の力を与えた場合における工作物WのX軸線方向の変位量は小さくなる。つまり、工作物Wがレストにより支持されている場合には、工作物剛性が大きくなる。
Then, based on the actual measurement, the rigidity of the workpiece can be expressed as a transfer function f1. That is, the
また、砥石車剛性は、研削装置2の砥石台22に支持された状態の砥石車21に対して、X軸線方向の力を与えた場合における砥石車21のX軸線方向の変位量に応じたものである。例えば、砥石車剛性は、当該砥石車21のX軸線方向の変位量の逆数である。砥石車剛性は、上記同様の実測に基づいて、伝達関数f2として表現される。従って、剛性記憶部108は、砥石車剛性を伝達関数f2として記憶する。
Further, the rigidity of the grindstone corresponds to the amount of displacement of the
なお、砥石車剛性の実測において、砥石車剛性は、砥石車21を砥石台22から外した状態で、砥石台22の砥石軸をハンマリングすることにより求めてもよい。これにより、砥石車21の周面を損傷させることなく、砥石車剛性として近似できる。
In the actual measurement of the grindstone wheel rigidity, the grindstone wheel rigidity may be obtained by hammering the grindstone shaft of the grindstone stand 22 with the
変位量算出部109は、研削抵抗Fnに起因して砥石車21と工作物WとがX軸線方向に相対変位する変位量Xnを、剛性記憶部108に記憶される工作物剛性及び砥石車剛性に基づいて算出する。変位は、剛性と抵抗から求めることができる。従って、変位量Xnは、研削抵抗Fnと、工作物剛性(伝達関数f1)と、砥石車剛性(伝達関数f2)とから算出することができる。
The displacement
例えば、工作物変位量X1は、X1=Fn/f1で求まり、砥石変位量X2は、X2=Fn/f2で求まる。なお、一般に、砥石車剛性は工作物剛性に比べて非常に高いため、砥石車剛性を考慮せずに変位量Xnを求めてもよい。ただし、上記のように、砥石車剛性を考慮した方が、より高精度に変位量Xnを算出できる。 For example, the workpiece displacement amount X1 can be obtained by X1 = Fn / f1, and the grindstone displacement amount X2 can be obtained by X2 = Fn / f2. In general, the rigidity of the grindstone is much higher than the rigidity of the workpiece, so the displacement amount Xn may be obtained without considering the rigidity of the grindstone. However, as described above, the displacement amount Xn can be calculated with higher accuracy by considering the rigidity of the grindstone.
相対位置補正部110は、変位量算出部109で算出した変位量Xnに基づいて、相対位置算出部104におけるX軸離間距離を補正する。つまり、相対位置補正部110は、式(1)にさらに変位量Xnを加える。そして、相対位置算出部104は、相対位置補正部110により変位量Xnが加えられた式(1)を用いて、次の瞬間t1+ΔtにおけるX軸離間距離を算出する。X軸離間距離は、式(1)だけでは研削抵抗Fnに起因する変位量Xnが考慮されていないが、相対位置補正部110が式(1)に変位量Xnを加えることにより、変位量Xnを考慮した値に補正される。
The relative
熱エネルギ算出部112は、式(2)に示すように、研削点Pにおける工作物Wに対する砥石車21の相対速度と、研削抵抗算出部107で算出した接線方向(Z軸線方向)の研削抵抗Ftとを乗算し、研削加工による全研削熱エネルギQを算出する。ここで、Vは研削点Pにおける砥石車21の周速度であり、vは研削点Pにおける工作物Wの周速度である。周速度は、径と回転数に基づいて算出できる。なお、式(2)は、アップカットの場合であり、ダウンカットの場合、相対速度は(V−v)となる。
As shown in the equation (2), the thermal
研削抵抗Ftは、作業者等が入力(設定)する値であってもよく、又は演算により算出される値であってもよい。本実施形態では、指令値から予め演算された研削抵抗Ftをデータベースとして備えている。そして、入力された指令値から、データベースを用いて研削抵抗Ftを算出する。 The grinding resistance Ft may be a value input (set) by an operator or the like, or may be a value calculated by calculation. In this embodiment, the grinding resistance Ft calculated in advance from the command value is provided as a database. Then, the grinding resistance Ft is calculated from the input command value using the database.
ここで、図7に示すように、研削加工を微視的に見ると、研削加工により発生する研削熱エネルギは、せん断面Waにおける塑性変形、すくい面Wbにおける砥粒21aと切粉Wpの摩擦、及び、逃げ面Wcにおける砥粒21aと工作物Wの摩擦により生じるといえる。つまり、熱エネルギ算出部112は、せん断面Wa、すくい面Wb、及び、逃げ面Wcで発生する研削熱エネルギの合計である全研削熱エネルギQを算出している。
Here, as shown in FIG. 7, when the grinding process is viewed microscopically, the grinding heat energy generated by the grinding process is plastic deformation on the shear surface Wa and friction between the
分配割合算出部113は、熱エネルギ算出部112で算出した全研削熱エネルギQのうち、工作物Wが受ける熱エネルギの分配割合Rwを算出する。図7に示すように、せん断面Waで発生する研削熱エネルギは工作物Wと切粉Wpに分配され、すくい面Wbで発生する研削熱エネルギは砥粒21aと切粉Wpに分配され、逃げ面Wcで発生する研削熱エネルギは工作物Wと砥粒21aに分配される。従って、工作物Wは、すくい面Wbを除いて、せん断面Wa及び逃げ面Wcから、熱エネルギを分配される。
The distribution
そこで、工作物Wが受ける熱エネルギの分配割合Rwは、式(3)に示すように、せん断面Waにおける研削熱エネルギのうち工作物Wが受ける熱エネルギの分配割合Rwaと、逃げ面Wcにおける研削熱エネルギのうち工作物Wが受ける熱エネルギの分配割合Rwcとを用いて表すことができる。 Therefore, as shown in the equation (3), the distribution ratio Rw of the thermal energy received by the workpiece W is the distribution ratio Rwa of the thermal energy received by the workpiece W among the grinding heat energy on the shear surface Wa and the flank surface Wc. It can be expressed using the distribution ratio Rwc of the thermal energy received by the workpiece W among the grinding thermal energy.
fa(Ftc,Fnc,β,φ)は、せん断面Waにおいて生じる、相対速度(V+v)に対する抵抗成分を表す関数である。つまり、fa(Ftc,Fnc,β,φ)は、せん断面Waにおける研削熱エネルギ(せん断速度×せん断抵抗)を、相対速度(V+v)と抵抗成分との乗算で表したときの当該抵抗成分を表す関数である。 fa (Ftc, Fnc, β, φ) is a function representing the resistance component to the relative velocity (V + v) generated in the shear plane Wa. That is, fa (Ftc, Fnc, β, φ) is the resistance component when the grinding heat energy (shear velocity × shear resistance) on the shear surface Wa is expressed by multiplying the relative velocity (V + v) and the resistance component. It is a function to represent.
せん断抵抗及びせん断速度は、切粉Wpにおける接線抵抗Ftc、切粉Wpにおける法線抵抗Fnc、砥粒すくい角β、及び、せん断角φを用いて表すことができる。分配割合算出部113は、式(3)により、分配割合Rwを算出する。なお、分配割合Rwa及びRwcは、Jaegerの移動熱源の理論(J.C.Jaeger:Proceedings of Royal Society of New South Wales,vol.76,(1942)203)を用いて式(4)、(5)で表すことができる。
The shear resistance and the shear rate can be expressed using the tangential resistance Ftc in the chips Wp, the normal resistance Fnc in the chips Wp, the abrasive grain rake angle β, and the shear angle φ. The distribution
研削焼け深さ算出部114は、まず、熱エネルギ算出部112で算出した全研削熱エネルギQ及び分配割合算出部113で算出した分配割合Rwに基づいて、工作物Wの温度を算出する。すなわち、全研削熱エネルギQと分配割合Rwとを乗算することにより、研削加工により工作物Wが受ける全熱エネルギ(Rw×Q)を求めることができる。
The grinding burn depth calculation unit 114 first calculates the temperature of the workpiece W based on the total grinding heat energy Q calculated by the thermal
そして、式(6)に示すように、この全熱エネルギ(Rw×Q)から、工作物Wに対する熱流束qw(単位接触面積当たりの熱エネルギ)が求まる。lcは接触弧長であり、bは工作物Wの幅(主軸方向の長さ)である。 Then, as shown in the equation (6), the heat flux q w (heat energy per unit contact area) with respect to the workpiece W can be obtained from this total thermal energy (Rw × Q). lc is the contact arc length, and b is the width of the workpiece W (the length in the spindle direction).
ここで、上記移動熱源の理論を用いると、式(7)に示すように、工作物Wの位置(X,Z)における温度θw(X,Z)を求めることができる。なお、座標Xは、工作物Wの研削点Pと、工作物Wの中心点とを通る直線上の位置を示している。つまり、座標Xは、工作物Wの表面からの深さを示している。また、座標Zは、工作物Wの研削点Pの接線上の位置を示している。 Here, using the theory of the mobile heat source, the temperature θw (X, Z) at the position (X, Z) of the workpiece W can be obtained as shown in the equation (7). The coordinates X indicate a position on a straight line passing through the grinding point P of the workpiece W and the center point of the workpiece W. That is, the coordinates X indicate the depth of the workpiece W from the surface. Further, the coordinate Z indicates the position on the tangent line of the grinding point P of the workpiece W.
式(7)の第一項では、工作物Wが受ける全熱エネルギによる工作物Wの各位置における上昇温度を算出している。式(7)の第二項では、クーラントの冷却効果により低下する工作物Wの各位置における低下温度を算出している。式(7)の第三項、すなわち、θwo(X,Z)は、工作物Wの各位置における初期温度である。 In the first term of the equation (7), the rising temperature at each position of the work W due to the total heat energy received by the work W is calculated. In the second term of the formula (7), the decrease temperature at each position of the workpiece W, which decreases due to the cooling effect of the coolant, is calculated. The third term of the equation (7), that is, θwo (X, Z) is the initial temperature at each position of the workpiece W.
なお、工作物温度の理論設定においては、高温、微小である研削点温度が瞬時に周囲に伝導されて巨視的温度分布を形成すると考え、接触弧内の温度分布として検討している。また、X、Z、L、及び、対流熱伝達係数Hは、式(8)に示すように、無次元量である。なお、hは、クーラントの対流熱伝達係数である。 In the theoretical setting of the geographic feature temperature, it is considered that the high temperature and the minute grinding point temperature are instantly conducted to the surroundings to form a macroscopic temperature distribution, and the temperature distribution in the contact arc is examined. Further, X, Z, L, and the convection heat transfer coefficient H are dimensionless quantities as shown in the equation (8). Note that h is the convection heat transfer coefficient of the coolant.
このように、研削焼け深さ算出部114は、式(7)により、まず、工作物Wの各位置(X,Z)における温度θw(X,Z)を算出する。これにより、工作物Wの温度分布が算出される。そして、算出した温度θw(X,Z)に基づいて、工作物Wの各深さにおける最高温度θw,max(X)を算出する。 In this way, the grinding burn depth calculation unit 114 first calculates the temperature θw (X, Z) at each position (X, Z) of the workpiece W by the equation (7). As a result, the temperature distribution of the workpiece W is calculated. Then, based on the calculated temperature θw (X, Z), the maximum temperature θw, max (X) at each depth of the workpiece W is calculated.
工作物Wの深さXにおける温度θw(X)は、工作物Wの周方向において均一とは限らない。そこで、各深さにおける最高温度θw,max(X)を求める。ここで、上記最高温度算出結果は、一例として、図8に示すようになる。図8は、研削焼け深さ算出部114において算出された工作物Wの最高温度と工作物Wの表面からの深さの関係を示す図である。縦軸が最高温度であり、横軸が工作物表面からの深さである。 The temperature θw (X) at the depth X of the workpiece W is not always uniform in the circumferential direction of the workpiece W. Therefore, the maximum temperatures θw and max (X) at each depth are obtained. Here, the above-mentioned maximum temperature calculation result is shown in FIG. 8 as an example. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the maximum temperature of the workpiece W calculated by the grinding burn depth calculation unit 114 and the depth from the surface of the workpiece W. The vertical axis is the maximum temperature, and the horizontal axis is the depth from the surface of the workpiece.
ここで、研削焼け深さ算出部114には、工作物Wの金属組織特性に基づいて研削焼けを判定するための第一、第二温度しきい値θ1、θ2が設定される。第一温度しきい値θ1は、研削焼けのうち「焼き戻し(軟化層)」を判定する温度に設定される。第二温度しきい値θ2は、研削焼けのうち「再焼入れ(再硬化層(白層))」を判定する温度に設定される。 Here, the grinding burn depth calculation unit 114 is set with the first and second temperature thresholds θ1 and θ2 for determining the grinding burn based on the metallographic properties of the workpiece W. The first temperature threshold value θ1 is set to a temperature at which “tempering (softening layer)” of grinding burn is determined. The second temperature threshold value θ2 is set to a temperature at which “re-quenching (re-hardened layer (white layer))” of the grinding burn is determined.
研削焼け深さ算出部114は、第一温度しきい値θ1より大きく第二温度しきい値θ2(>θ1)より小さい最高温度θw,max(X)を示す工作物Wの表面からの深さXのうち、最も深い工作物Wの表面からの深さX1を算出する。つまり、ここで求められる工作物Wの表面からの深さX1は、式(9)に示す条件を満たす最大のXである。 The grinding burn depth calculation unit 114 is the depth from the surface of the workpiece W showing the maximum temperatures θw and max (X) larger than the first temperature threshold value θ1 and smaller than the second temperature threshold value θ2 (> θ1). Of X, the depth X1 from the surface of the deepest workpiece W is calculated. That is, the depth X1 from the surface of the workpiece W obtained here is the maximum X that satisfies the condition shown in the equation (9).
次に、研削焼け深さ算出部114は、第二温度しきい値θ2より大きい最高温度θw,max(X)を示す工作物Wの表面からの深さXのうち、最も深い工作物Wの表面からの深さX2を算出する。つまり、ここで求められる工作物Wの表面からの深さX2は、式(10)に示す条件を満たす最大のXである。 Next, the grinding burn depth calculation unit 114 determines the deepest depth X from the surface of the workpiece W showing the maximum temperatures θw and max (X) larger than the second temperature threshold value θ2. The depth X2 from the surface is calculated. That is, the depth X2 from the surface of the workpiece W obtained here is the maximum X that satisfies the condition shown in the equation (10).
新研削焼け深さ算出部115は、研削焼け深さ算出部114で算出した前研削における研削焼け深さ、及び、除去量算出部105で算出した現研削における除去量に基づいて、現研削における研削焼け残り深さを算出する。そして、算出した現研削における研削焼け残り深さ、及び、研削焼け深さ算出部114で算出した現研削における研削焼け深さに基づいて、現研削における新研削焼け深さを算出する。
The new grinding burn
前研削とは、ある加工点を現在研削している場合、例えば工作物Wの1回転前における同一の加工点の研削のことである。例えば、図9Aに示すように、現研削における研削焼け残り深さ(d8−d1)は、前研削における研削焼け深さ(d8)と現研削における除去量(工作物Wの表面からの深さに換算した値(d1))との差で表される。 Pre-grinding is, for example, grinding of the same machining point before one rotation of the workpiece W when a certain machining point is currently ground. For example, as shown in FIG. 9A, the residual grinding burn depth (d8-d1) in the current grinding is the grinding burn depth (d8) in the pre-grinding and the removal amount (depth from the surface of the workpiece W) in the current grinding. It is represented by the difference from the value (d1) converted to.
ここで、現研削における新研削焼けは、現研削における研削焼け残りの部分に、現研削における研削焼けが重畳されて生じる。発明者は、この現研削における新研削焼け深さが、現研削における研削焼け残り深さと、現研削における研削焼け深さに大きく関わることを見い出した。 Here, the new grinding burn in the current grinding occurs by superimposing the grinding burn in the current grinding on the remaining portion of the grinding burn in the current grinding. The inventor has found that the new grinding burn depth in the current grinding is greatly related to the grinding burn depth in the current grinding and the grinding burn depth in the current grinding.
すなわち、前研削における研削焼け深さが、現研削における除去量よりも大きいか小さいか、さらに前研削における研削焼け深さのうち再硬化層(白層)の深さが、現研削における除去量よりも大きいか否かによって、現研削における研削焼け残り深さが変化する。 That is, whether the grinding burn depth in the pre-grinding is larger or smaller than the removal amount in the current grinding, and the depth of the re-hardened layer (white layer) in the grinding burn depth in the pre-grinding is the removal amount in the current grinding. The unburned depth of grinding in the current grinding changes depending on whether or not it is larger than.
そして、現研削における研削焼け深さが、現研削における研削焼け残り深さよりも大きいか小さいか、また、現研削における研削焼け深さのうち再硬化層(白層)の深さが、現研削における研削焼け残り深さのうち再硬化層(白層)の深さよりも大きいか小さいかによって、現研削における新研削焼け深さが変化する。 Then, whether the grinding burn depth in the current grinding is larger or smaller than the grinding burn depth in the current grinding, and the depth of the re-hardened layer (white layer) in the grinding burn depth in the current grinding is the current grinding. The new grinding burn depth in the current grinding changes depending on whether it is larger or smaller than the depth of the re-hardened layer (white layer) among the grinding burn depths in the above.
例えば、図9A−図9Dは、前研削における研削焼け深さ(d8)が、現研削における除去量(d1)よりも大きく、さらに前研削における研削焼け深さのうち再硬化層(白層)の深さ(d3)が、現研削における除去量(d1)よりも大きい場合である。 For example, in FIGS. 9A-9D, the grinding burn depth (d8) in the pre-grinding is larger than the removal amount (d1) in the current grinding, and the re-hardened layer (white layer) in the grinding burn depth in the pre-grinding. Depth (d3) is larger than the removal amount (d1) in the current grinding.
そして、図9Aは、現研削における研削焼け深さ(d7−d1)が、現研削における研削焼け残り深さ(d8−d1)よりも小さく、且つ、現研削における研削焼け深さ(d7−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d2−d1)が、現研削における研削焼け残り深さ(d8−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d3−d1)よりも小さい場合である。 In FIG. 9A, the grinding burn depth (d7-d1) in the current grinding is smaller than the grinding burn depth (d8-d1) in the current grinding, and the grinding burn depth (d7-d1) in the current grinding is shown. ), The depth of the re-cured layer (white layer) (d2-d1) is the depth of the re-cured layer (white layer) (d3-d1) of the unburned depth (d8-d1) in the current grinding. If it is smaller than.
この場合、現研削における新研削焼け深さ(d8−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d2−d1)は、現研削における研削焼け深さ(d7−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d2−d1)に依存して同一となる。そして、現研削における新研削焼け深さ(d8−d1)のうち軟化層の深さ(d8−d2)は、現研削における研削焼け残り深さ(d8−d1)のうち軟化層の深さ(d8−d3)、及び、現研削における研削焼け深さ(d7−d1)のうち軟化層の深さ(d7−d2)に依存して決まる。 In this case, the depth (d2-d1) of the re-hardened layer (white layer) in the new grinding burn depth (d8-d1) in the current grinding is the re-grinding burn depth (d7-d1) in the current grinding. It becomes the same depending on the depth (d2-d1) of the cured layer (white layer). The depth of the softened layer (d8-d2) in the new grinding burn depth (d8-d1) in the current grinding is the depth of the softened layer (d8-d1) in the remaining grinding burn depth (d8-d1) in the current grinding. It is determined depending on the depth of the softened layer (d7-d2) among the d8-d3) and the grinding burn depth (d7-d1) in the current grinding.
また、図9Bは、現研削における研削焼け深さ(d6−d1)が、現研削における研削焼け残り深さ(d8−d1)よりも小さく、且つ、現研削における研削焼け深さ(d6−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d5−d1)が、現研削における研削焼け残り深さ(d8−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d3−d1)よりも大きい場合である。 Further, in FIG. 9B, the grinding burn depth (d6-d1) in the current grinding is smaller than the grinding burn depth (d8-d1) in the current grinding, and the grinding burn depth (d6-d1) in the current grinding is shown. ), The depth of the re-cured layer (white layer) (d5-d1) is the depth of the re-cured layer (white layer) (d3-d1) of the unburned depth (d8-d1) in the current grinding. If it is larger than.
この場合、現研削における新研削焼け深さ(d8−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d5−d1)は、現研削における研削焼け深さ(d6−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d5−d1)に依存して同一となる。そして、現研削における新研削焼け深さ(d8−d1)のうち軟化層の深さ(d8−d5)は、現研削における研削焼け残り深さのうち軟化層の深さ(d8−d3)、及び、現研削における研削焼け深さ(d6−d1)のうち軟化層の深さ(d6−d5)に依存して決まる。 In this case, the depth (d5-d1) of the re-hardened layer (white layer) in the new grinding burn depth (d8-d1) in the current grinding is the re-grinding burn depth (d6-d1) in the current grinding. It becomes the same depending on the depth (d5-d1) of the cured layer (white layer). The depth of the softened layer (d8-d5) in the new grinding burn depth (d8-d1) in the current grinding is the depth of the softened layer (d8-d3) in the remaining grinding burn depth in the current grinding. It is also determined depending on the depth of the softened layer (d6-d5) of the grinding burn depth (d6-d1) in the current grinding.
また、図9Cは、現研削における研削焼け深さ(d9−d1)が、現研削における研削焼け残り深さ(d8−d1)よりも大きく、且つ、現研削における研削焼け深さ(d9−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d4−d1)が、現研削における研削焼け残り深さ(d8−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d3−d1)よりも大きい場合である。 Further, in FIG. 9C, the grinding burn depth (d9-d1) in the current grinding is larger than the grinding burn depth (d8-d1) in the current grinding, and the grinding burn depth (d9-d1) in the current grinding is shown. ), The depth of the re-cured layer (white layer) (d4-d1) is the depth of the re-cured layer (white layer) (d3-d1) of the unburned depth (d8-d1) in the current grinding. If it is larger than.
この場合、現研削における新研削焼け深さ(d9−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d4−d1)は、現研削における研削焼け深さ(d9−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d4−d1)に依存して同一となる。そして、現研削における新研削焼け深さ(d9−d1)のうち軟化層の深さ(d9−d4)は、現研削における研削焼け深さ(d9−d1)のうち軟化層の深さ(d9−d4)に依存して同一となる。 In this case, the depth (d4-d1) of the re-hardened layer (white layer) in the new grinding burn depth (d9-d1) in the current grinding is the re-grinding burn depth (d9-d1) in the current grinding. It becomes the same depending on the depth (d4-d1) of the cured layer (white layer). The depth of the softened layer (d9-d4) in the new grinding burn depth (d9-d1) in the current grinding is the depth of the softened layer (d9) in the grinding burn depth (d9-d1) in the current grinding. It becomes the same depending on −d4).
また、図9Dは、現研削における研削焼け深さ(d9−d1)が、現研削における研削焼け残り深さ(d8−d1)よりも大きく、且つ、現研削における研削焼け深さ(d9−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d2−d1)が、現研削における研削焼け残り深さ(d8−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d3−d1)よりも小さい場合である。 Further, in FIG. 9D, the grinding burn depth (d9-d1) in the current grinding is larger than the grinding burn depth (d8-d1) in the current grinding, and the grinding burn depth (d9-d1) in the current grinding is shown. ), The depth of the re-cured layer (white layer) (d2-d1) is the depth of the re-cured layer (white layer) (d3-d1) of the unburned depth (d8-d1) in the current grinding. If it is smaller than.
この場合、現研削における新研削焼け深さ(d9−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d2−d1)は、現研削における研削焼け深さ(d9−d1)のうち再硬化層(白層)の深さ(d2−d1)に依存して同一となる。そして、現研削における新研削焼け深さ(d9−d1)のうち軟化層の深さ(d9−d2)は、現研削における研削焼け深さ(d9−d1)のうち軟化層の深さ(d9−d2)に依存して同一となる。 In this case, the depth (d2-d1) of the re-hardened layer (white layer) in the new grinding burn depth (d9-d1) in the current grinding is the re-grinding burn depth (d9-d1) in the current grinding. It becomes the same depending on the depth (d2-d1) of the cured layer (white layer). The depth of the softened layer (d9-d2) in the new grinding burn depth (d9-d1) in the current grinding is the depth of the softened layer (d9) in the grinding burn depth (d9-d1) in the current grinding. It becomes the same depending on −d2).
なお、図10Aに示すように、前研削における研削焼け深さ(d8)が、現研削における除去量(d1)よりも大きく、さらに前研削における研削焼け深さのうち再硬化層(白層)の深さ(d3)が、現研削における除去量(d10)よりも小さい場合は、前研削における研削焼けのうち再硬化層(白層)が除去されて軟化層のみが残る。また、図10Bに示すように、前研削における研削焼け深さ(d8)が、現研削における除去量(d1)よりも小さい場合は、前研削における研削焼けが全て除去される。 As shown in FIG. 10A, the grinding burn depth (d8) in the pre-grinding is larger than the removal amount (d1) in the current grinding, and the re-hardened layer (white layer) in the grinding burn depth in the pre-grinding. When the depth (d3) is smaller than the removal amount (d10) in the current grinding, the re-hardened layer (white layer) is removed from the grinding burn in the pre-grinding, and only the softened layer remains. Further, as shown in FIG. 10B, when the grinding burn depth (d8) in the pre-grinding is smaller than the removal amount (d1) in the current grinding, all the grinding burn in the pre-grinding is removed.
びびり判定部116は、工作物形状記憶部101に記憶される変更後の工作物Wの周面形状(加工形状)に基づいて、びびりの有無を判定する。びびり判定部116には、研削加工により得ようとする工作物Wの周面形状、すなわち、作業者等が意図する理想の工作物Wの周面形状(理想形状)が記憶される。びびり判定部116は、加工形状と理想形状とを比較することで、加工形状における研削加工面の面粗さが分かる。
The
びびり判定部116は、加工形状と理想形状とが一致しない場合、びびりが有ると判定する。判定は、工作物Wの1回転(1周期)毎に行ってもよく、加工途中のあるタイミング、あるいは、最終形状(研削加工後の形状)で行ってもよい。びびり判定部116は、びびりが有ると判定した場合、さらに、びびり量を算出する。びびり量は、加工形状における研削加工面の面粗さから算出できる。びびり量は、周面全体におけるびびりの数、又は、びびりの突出長(径方向外方への突出量)で表すことができる。本実施形態では、びびりの最高突出長をびびり量として算出している。
The
表示制御部117は、新研削焼け深さ算出部115で算出した新研削焼け深さを表示装置118に表示する。また、びびり判定部116で算出したびびり量を表示装置118に表示する。例えば図11及び図12に示すように、表示装置118には、工作物Wの周面形状が、工作物Wを等角(α)分割した周縁上の分割点(図示黒色点)と工作物Wの回転中心Cw(原点O)とを結ぶ複数の線分群で表されている。なお、本例では、工作物Wの一部を表示した場合であるが、工作物W全体を表示するようにしてもよい。
The
図11に示すように、表示制御部117は、工作物Wの周面形状に新研削焼け深さを重畳して表示する。すなわち、周縁上の分割点(図示黒色点)と図示白色点との間が再硬化層(白層)Taを示し、図示白色点と図示灰色点との間が軟化層Tbを示す。表示制御部117は、研削加工工程における任意の時点の新研削焼け深さを表示できる。また、図12に示すように、表示制御部117は、工作物Wの周面形状にびびり量Sを重畳して表示する。
As shown in FIG. 11, the
(2.研削加工シミュレーション装置の動作)
次に、研削加工シミュレーション装置1による研削焼けシミュレーション動作について図を参照して説明する。除去量算出部105は、工作物形状記憶部101に記憶される工作物Wの周面形状、砥石形状記憶部102に記憶される砥石車21の周面形状、及び、相対位置算出部104で算出されるX軸離間距離に基づいて、砥石車21による工作物Wの除去量を算出する(図3のステップS1、除去量算出工程)。
(2. Operation of grinding simulation equipment)
Next, the grinding burn simulation operation by the grinding
そして、研削抵抗算出部107は、除去量算出部105で算出した除去量に基づいて、研削加工におけるX軸線方向の研削抵抗Fnを算出する(図3のステップS2、研削抵抗算出工程)。熱エネルギ算出部112は、研削点Pにおける工作物Wに対する砥石車21の相対速度と、研削抵抗算出部107で算出した研削抵抗Fnとを乗算し、研削加工による全研削熱エネルギQを算出する(図3のステップS3、熱エネルギ算出工程)。
Then, the grinding
そして、研削焼け深さ算出部114は、熱エネルギ算出部112で算出した研削熱エネルギ、工作物Wと砥石車21との接触弧長lc、及び、工作物Wの深さに基づいて、工作物Wの表面からの深さにおける温度を算出する(図3のステップS4、温度算出工程)。そして、研削焼け深さ算出部114は、算出した工作物Wの表面からの深さの温度に基づいて、工作物Wの研削焼け深さを算出するが、先ず、前研削における研削焼け深さを算出し、この前研削における研削焼け深さ、及び、現研削において除去量算出部105で算出した除去量に基づいて、現研削における研削焼け残り深さを算出する(図3のステップS5、新研削焼け深さ算出工程)。
Then, the grinding burn depth calculation unit 114 works based on the grinding thermal energy calculated by the thermal
そして、現研削における工作物Wの研削焼け深さを算出し(図3のステップS6、新研削焼け深さ算出工程)、算出した現研削における研削焼け残り深さ、及び、算出した現研削における研削焼け深さに基づいて、現研削における新研削焼け深さを算出する(図3のステップS7、新研削焼け深さ算出工程)。 Then, the grinding burn depth of the workpiece W in the current grinding is calculated (step S6 in FIG. 3, the new grinding burn depth calculation step), and the calculated remaining grinding burn depth in the current grinding and the calculated current grinding Based on the grinding burn depth, the new grinding burn depth in the current grinding is calculated (step S7 in FIG. 3, the new grinding burn depth calculation step).
そして、研削加工が終了したか否かを判断し(図3のステップS8)、研削加工が終了していない場合はステップS1に戻って上述の処理を繰り返す。一方、ステップS8において、研削加工が終了した場合は、表示制御部117は、表示装置118に新研削焼け深さを表示し(図3のステップS9)、全ての処理を終了する。
Then, it is determined whether or not the grinding process is completed (step S8 in FIG. 3), and if the grinding process is not completed, the process returns to step S1 and the above process is repeated. On the other hand, when the grinding process is completed in step S8, the
次に、研削加工シミュレーション装置1によるびびりシミュレーション動作について図を参照して説明する。除去量算出部105は、工作物形状記憶部101に記憶される工作物Wの周面形状、砥石形状記憶部102に記憶される砥石車21の周面形状、及び、相対位置算出部104で算出されるX軸離間距離に基づいて、砥石車21による工作物Wの除去量を算出する(図4のステップS11)。
Next, the chatter simulation operation by the grinding
工作物形状変更部106は、砥石車21の位置を補正したために、算出した除去量に基づいて工作物の形状を変更するか否かを判断し(図4のステップS12)、工作物の形状を変更しない場合は、研削抵抗算出部107は、除去量算出部105で算出した除去量に基づいて、研削加工におけるX軸線方向の研削抵抗Fnを算出する(図4のステップS13)。
Since the position of the
そして、変位量算出部109は、研削抵抗算出部107で算出した研削抵抗に起因して、砥石車21と工作物Wとが相対移動方向に相対変位する変位量Xnを算出する(図4のステップS14)。相対位置補正部110は、変位量算出部109で算出した変位量Xnに基づいて、相対位置算出部104におけるX軸離間距離を補正する(図4のステップS15)。
Then, the displacement
そして、ステップS11に戻って、除去量算出部105は、工作物形状記憶部101に記憶される工作物Wの周面形状、砥石形状記憶部102に記憶される砥石車21の周面形状、及び、補正したX軸離間距離に基づいて、砥石車21による工作物Wの除去量を算出する。
Then, returning to step S11, the removal
工作物形状変更部106は、砥石車21の位置を補正したために、算出した除去量に基づいて工作物Wの形状を変更し(図4のステップS12)、びびり判定部116は、変更した工作物Wの形状に基づいて、びびりの有無を判定、すなわち工作物Wの真円度は規格内であるか否かを判断する(図4のステップS16)。ここで、真円度とは、円形形体を2つの同心の幾何学的円で挟んだときの同心二円の間隙が最小となる場合における2つの円の半径差をいう。
Since the work
びびり判定部116は、びびりが無いと判断した場合は、ステップS11に戻って上述の処理を繰り返す。一方、ステップS16において、びびり判定部116は、びびりが有ると判断した場合は、周波数分析を工作物Wの形状に対し行い、当該形状の周期的変化からびびりの有無を判定する(周波数ピーク有無)。すなわち、工作物Wの形状に対しFFT(高速フーリエ変換)などの周波数分析を行い(図4のステップS17)、山数(次数)と振幅との関係を求める。そして、表示制御部117は、表示装置118に山数(次数)と振幅との関係を表示する(図4のステップS18)。
When the
びびり判定部116は、山数(次数)の指定の有無を判断し(図4のステップS19)、山数(次数)の指定が無いと判断した場合はステップS21に進み、山数(次数)の指定が有ると判断した場合は、表示制御部117は、表示装置118に指定山数(指定次数)の主軸回転毎の振幅を表示する(図4のステップS20)。そして、研削加工が終了したか否かを判断し(図4のステップS21)、研削加工が終了していない場合はステップS11に戻って上述の処理を繰り返す。一方、ステップS21において、研削加工が終了した場合は、全ての処理を終了する。
The
また、制御装置24に接続されているネットワーク(無線や有線LANなど)経由で、研削加工シミュレーション装置1の送受信部119は、研削装置2の加工条件(工作物Wの回転数、砥石車21の回転数、砥石車21の送り量(送り速度))などやセンサ(工作物Wや砥石車21の回転駆動用モータの電流や電圧や温度(赤外線センサを含む)や振動(歪センサや振動検出センサやAEセンサなど)など)の情報を受信してシミュレーションを行い、その結果(研削焼けにならない、びびりが無い)から加工条件情報などを研削装置2に送信して、この加工条件で加工することで、工作物Wの研削焼け、びびりが発生しない加工が可能となる。
Further, via a network (wireless, wired LAN, etc.) connected to the
(3.実施形態の効果)
本実施形態の研削加工シミュレーション装置1は、回転駆動される砥石車21と回転駆動される工作物Wとを相対移動させて、工作物Wの周面に砥石車21の周面を接触させ、工作物Wの周面を研削する研削加工において、工作物Wの研削状態のシミュレーションを行う研削加工シミュレーション装置1であって、砥石車21と工作物Wとの相対移動方向における砥石車21と工作物Wとの相対位置、砥石車21の形状、及び、工作物Wの形状に基づいて、砥石車21による工作物Wの除去量を算出する除去量算出部105と、算出した除去量に基づいて、研削加工における研削抵抗を算出する研削抵抗算出部107と、を備える。
(3. Effect of the embodiment)
In the grinding
さらに、算出した研削抵抗、及び、研削点における工作物Wに対する砥石車21の相対速度に基づいて、研削熱エネルギを算出する熱エネルギ算出部112と、算出した研削熱エネルギ、工作物Wと砥石車21との接触弧長、及び、工作物Wの加工深さに基づいて、工作物Wの加工深さにおける温度を算出し、算出した工作物Wの加工深さの温度に基づいて、工作物Wの研削焼け深さを算出する研削焼け深さ算出部114と、前研削において算出した研削焼け深さ、及び、現研削において算出した除去量に基づいて、現研削における研削焼け残り深さを算出し、算出した現研削における研削焼け残り深さ、及び、現研削において算出した研削焼け深さに基づいて、現研削における新研削焼け深さを算出する新研削焼け深さ算出部115と、を備える。
Further, the thermal
この研削加工シミュレーション装置1では、前研削において算出した研削焼け深さ、及び、現研削において算出した除去量に基づいて、現研削における研削焼け残り深さを算出する。そして、算出した現研削における研削焼け残り深さ、及び、現研削において算出した研削焼け深さに基づいて、現研削における新研削焼け深さを算出する。これにより、前研削における研削焼けが現研削で除去しきれずに残っている場合であっても、現研削における研削焼け残り深さを考慮して現研削における新たな研削焼け深さを算出するので、研削加工における工作物Wの研削焼け深さを、より正確に算出できる。また、工作物Wの1回転毎の研削焼けを算出しているので、加工状態がより正確に把握できる。
In this grinding
また、新研削焼け深さ算出部115は、工作物Wの研削加工の開始から終了まで算出処理を継続するので、研削加工中における研削焼けの状況を把握できる(工作物Wの研削加工の開始から終了までの任意の加工点)。
また、除去量算出部105は、工作物Wの周面形状を、工作物Wを分割した周縁上の分割点と工作物Wの軸心とを結ぶ複数の線分群で表し、各線分と砥石車21の外縁線との交点、及び、砥石車21の相対移動方向における砥石車21の軸心と工作物Wの軸心との離間距離に基づいて、除去量を算出するので、除去量を容易に算出できる。
Further, since the new grinding burn
Further, the removal
また、新研削焼け深さ算出部115は、現研削における研削焼け残り深さ、及び、現研削における研削焼け深さにおいて再硬化層及び軟化層の各深さをそれぞれ把握し、現研削における研削焼け深さにおいて再硬化層の深さを優先して、新研削焼け深さにおける再硬化層及び軟化層の各深さを把握するので、研削加工条件をより高精度に変更可能となる。
Further, the new grinding burn
また、研削加工シミュレーション装置1は、算出した除去量に基づいて、工作物Wの形状を変更する工作物形状変更部106、を備えるので、新研削焼け深さの算出精度をより高めることができる。
Further, since the grinding
また、研削加工シミュレーション装置1は、算出した研削抵抗に起因して砥石車21と工作物Wとが相対移動方向に相対変位する変位量を算出する変位量算出部109と、算出した変位量に基づいて、次研削における砥石車21と工作物Wとの相対位置を補正する相対位置補正部110と、変更した工作物Wの形状に基づいて、びびりの有無を判定するびびり判定部116と、を備えるので、びびりの有無を研削加工前に把握でき、生産効率を向上できる。また、研削焼けとびびりの加工状態を同時にシミュレーションできるので、一度に、研削焼けとびびりに対して最適な加工条件を得ることができる。
Further, the grinding
また、研削加工シミュレーション装置1は、シミュレーションを行うために、研削装置2から加工条件情報を受信し、シミュレーションの結果に基づいて、研削装置2へ加工条件を送信する送受信部119を備える。この加工条件で加工することで、工作物Wの研削焼け、びびりが発生しない加工が可能となる。
Further, the grinding
本実施形態の研削加工シミュレーション方法は、回転駆動される砥石車21と回転駆動される工作物Wとを相対移動させて、工作物Wの周面に砥石車21の周面を接触させ、工作物Wの周面を研削する研削加工において、工作物Wの研削状態をシミュレーションする研削加工シミュレーション方法であって、砥石車21と工作物Wとの相対移動方向における砥石車21と工作物Wとの相対位置、砥石車21の形状、及び、工作物Wの形状に基づいて、砥石車21による工作物Wの除去量を算出する除去量算出工程と、算出した除去量に基づいて、研削加工における研削抵抗を算出する研削抵抗算出工程と、を備える。
In the grinding processing simulation method of the present embodiment, the rotationally driven
さらに、算出した研削抵抗、及び、研削点における工作物Wに対する砥石車21の相対速度に基づいて、研削熱エネルギを算出する熱エネルギ算出工程と、算出した研削熱エネルギ、工作物Wと砥石車21との接触弧長、及び、工作物Wの加工深さに基づいて、工作物Wの加工深さにおける温度を算出する温度算出工程と、算出した工作物Wの加工深さの温度に基づいて、前研削における工作物Wの研削焼け深さを算出し、算出した前研削における研削焼け深さ、及び、現研削において算出した除去量に基づいて、現研削における研削焼け残り深さを算出し、算出した現研削における研削焼け残り深さ、及び、現研削において算出した研削焼け深さに基づいて、現研削における新研削焼け深さを算出する新研削焼け深さ算出工程と、を備える。これにより、上述の研削加工シミュレーション装置1の効果と同様の効果が得られる。
Further, a thermal energy calculation step for calculating the grinding heat energy based on the calculated grinding resistance and the relative speed of the
1:研削加工シミュレーション装置、101:工作物形状記憶部、102:砥石形状記憶部、103:指令値記憶部、104:相対位置算出部、105:除去量算出部、106:工作物形状変更部、107:研削抵抗算出部、108:剛性記憶部、109:変位量算出部、110:相対位置補正部、111:加工条件記憶部、112:熱エネルギ算出部、113:分配割合算出部、114:研削焼け深さ算出部、115:新研削焼け深さ算出部、116:びびり判定部、117:表示制御部、118:表示装置、119:送受信部、2:研削装置、21:砥石車、22:砥石台、23:主軸台、24:制御装置、W:工作物、P:研削点 1: Grinding simulation device, 101: Work shape storage unit, 102: Grindstone shape storage unit, 103: Command value storage unit, 104: Relative position calculation unit, 105: Removal amount calculation unit, 106: Work shape change unit , 107: Grinding resistance calculation unit, 108: Rigidity storage unit, 109: Displacement amount calculation unit, 110: Relative position correction unit, 111: Machining condition storage unit, 112: Thermal energy calculation unit, 113: Distribution ratio calculation unit, 114 : Grinding burn depth calculation unit, 115: New grinding burn depth calculation unit, 116: Chatter judgment unit, 117: Display control unit, 118: Display device, 119: Transmission / reception unit 2: Grinding device, 21: Grindstone, 22: Grindstone stand, 23: Headstock, 24: Control device, W: Work piece, P: Grinding point
Claims (8)
前記砥石車と前記工作物との相対移動方向における前記砥石車と前記工作物との相対位置、前記砥石車の形状、及び、前記工作物の形状に基づいて、前記砥石車による前記工作物の除去量を算出する除去量算出部と、
算出した前記除去量に基づいて、前記研削加工における研削抵抗を算出する研削抵抗算出部と、
算出した前記研削抵抗、及び、研削点における前記工作物に対する前記砥石車の相対速度に基づいて、研削熱エネルギを算出する熱エネルギ算出部と、
算出した前記研削熱エネルギ、前記工作物と前記砥石車との接触弧長、及び、前記工作物の加工深さに基づいて、前記工作物の加工深さにおける温度を算出し、算出した前記工作物の加工深さの温度に基づいて、前記工作物の研削焼け深さを算出する研削焼け深さ算出部と、
ある加工点を現在研削している場合、前記工作物の1回転前における同一の前記加工点の研削(以下、前研削という)において算出した前記研削焼け深さ、及び、前記加工点の現在の研削(以下、現研削という)において算出した前記除去量に基づいて、前記現研削における研削焼け残り深さを算出し、算出した前記現研削における研削焼け残り深さ、及び、前記現研削において算出した前記研削焼け深さに基づいて、前記現研削における新研削焼け深さを算出する新研削焼け深さ算出部と、
を備える、研削加工シミュレーション装置。 In a grinding process in which a rotationally driven grindstone and a rotationally driven workpiece are relatively moved to bring the peripheral surface of the grindstone into contact with the peripheral surface of the workpiece, and the peripheral surface of the workpiece is ground. A grinding process simulation device that simulates the grinding state of the workpiece.
Based on the relative position of the grindstone and the workpiece in the relative movement direction of the grindstone and the workpiece, the shape of the grindstone, and the shape of the workpiece, the workpiece by the grindstone. A removal amount calculation unit that calculates the removal amount, and
A grinding resistance calculation unit that calculates the grinding resistance in the grinding process based on the calculated removal amount, and a grinding resistance calculation unit.
A thermal energy calculation unit that calculates the grinding thermal energy based on the calculated grinding resistance and the relative speed of the grindstone with respect to the workpiece at the grinding point.
Based on the calculated thermal energy of grinding, the contact arc length between the workpiece and the grindstone, and the machining depth of the workpiece, the temperature at the machining depth of the workpiece was calculated and calculated. A grinding burn depth calculation unit that calculates the grinding burn depth of the workpiece based on the temperature of the machining depth of the object,
When a certain machining point is currently being ground, the grinding burn depth calculated in grinding the same machining point one rotation before the workpiece (hereinafter referred to as pre-grinding ) and the current machining point of the machining point Based on the removal amount calculated in the grinding (hereinafter referred to as the current grinding ) , the residual grinding burn depth in the current grinding is calculated, and the calculated residual grinding burn depth in the current grinding and the calculation in the current grinding are calculated. A new grinding burn depth calculation unit that calculates the new grinding burn depth in the current grinding based on the grinding burn depth
A grinding machine simulation device.
算出した前記除去量に基づいて、前記工作物の形状を変更する工作物形状変更部、
を備える、請求項1−4の何れか一項に記載の研削加工シミュレーション装置。 The grinding processing simulation device is
A work shape changing unit that changes the shape of the work based on the calculated removal amount.
The grinding processing simulation apparatus according to any one of claims 1-4.
算出した前記研削抵抗に起因して前記砥石車と前記工作物とが前記相対移動方向に相対変位する変位量を算出する変位量算出部と、
算出した前記変位量に基づいて、次研削における前記砥石車と前記工作物との相対位置を補正する相対位置補正部と、
変更した前記工作物の形状に基づいて、びびりの有無を判定するびびり判定部と、
を備える、請求項5に記載の研削加工シミュレーション装置。 The grinding processing simulation device is
A displacement amount calculation unit that calculates a displacement amount in which the grindstone wheel and the workpiece are displaced relative to each other in the relative movement direction due to the calculated grinding resistance.
A relative position correction unit that corrects the relative position between the grindstone and the workpiece in the next grinding based on the calculated displacement amount.
A chatter determination unit that determines the presence or absence of chatter based on the changed shape of the workpiece,
The grinding processing simulation apparatus according to claim 5.
前記シミュレーションを行うために、研削装置から加工条件情報を受信し、前記シミュレーションの結果に基づいて、前記研削装置へ加工条件を送信する送受信部を備える、請求項1−6の何れか一項に記載の研削加工シミュレーション装置。 The grinding processing simulation device is
The invention according to any one of claims 1 to 6, further comprising a transmission / reception unit that receives machining condition information from the grinding apparatus and transmits the machining conditions to the grinding apparatus based on the result of the simulation in order to perform the simulation. The grinding process simulation device described.
前記砥石車と前記工作物との相対移動方向における前記砥石車と前記工作物との相対位置、前記砥石車の形状、及び、前記工作物の形状に基づいて、前記砥石車による前記工作物の除去量を算出する除去量算出工程と、
算出した前記除去量に基づいて、前記研削加工における研削抵抗を算出する研削抵抗算出工程と、
算出した前記研削抵抗、及び、研削点における前記工作物に対する前記砥石車の相対速度に基づいて、研削熱エネルギを算出する熱エネルギ算出工程と、
算出した前記研削熱エネルギ、前記工作物と前記砥石車との接触弧長、及び、前記工作物の加工深さに基づいて、前記工作物の加工深さにおける温度を算出する温度算出工程と、
算出した前記工作物の加工深さの温度に基づいて、ある加工点を現在研削している場合、前記工作物の1回転前における同一の前記加工点の研削(以下、前研削という)における前記工作物の研削焼け深さを算出し、算出した前研削における前記研削焼け深さ、及び、前記加工点の現在の研削(以下、現研削という)において算出した前記除去量に基づいて、前記現研削における研削焼け残り深さを算出し、算出した前記現研削における研削焼け残り深さ、及び、前記現研削において算出した前記研削焼け深さに基づいて、前記現研削における新研削焼け深さを算出する新研削焼け深さ算出工程と、
を備える、研削加工シミュレーション方法。 In a grinding process in which a rotationally driven grindstone and a rotationally driven workpiece are relatively moved to bring the peripheral surface of the grindstone into contact with the peripheral surface of the workpiece, and the peripheral surface of the workpiece is ground. This is a grinding process simulation method that simulates the grinding state of the workpiece.
Based on the relative position of the grindstone and the workpiece in the relative movement direction of the grindstone and the workpiece, the shape of the grindstone, and the shape of the workpiece, the workpiece by the grindstone. The removal amount calculation process for calculating the removal amount and
A grinding resistance calculation step of calculating the grinding resistance in the grinding process based on the calculated removal amount, and a grinding resistance calculation step.
A thermal energy calculation step of calculating the grinding thermal energy based on the calculated grinding resistance and the relative speed of the grindstone with respect to the workpiece at the grinding point.
A temperature calculation step of calculating the temperature at the machining depth of the workpiece based on the calculated grinding heat energy, the contact arc length between the workpiece and the grindstone, and the machining depth of the workpiece.
When a certain machining point is currently being ground based on the calculated machining depth temperature of the workpiece, the above-mentioned in grinding of the same machining point (hereinafter referred to as pre-grinding ) one rotation before the workpiece. The current grinding burn depth of the workpiece is calculated, and based on the calculated grinding burn depth in the pre-grinding and the removal amount calculated in the current grinding of the machining point (hereinafter referred to as the current grinding). The new grinding burn depth in the current grinding is calculated based on the calculated grinding burn depth in the current grinding and the grinding burn depth calculated in the current grinding. New grinding burn depth calculation process to be calculated and
A grinding process simulation method.
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